地球信息科学学报 ›› 2020, Vol. 22 ›› Issue (2): 298-307.doi: 10.12082/dqxxkx.2020.190139
收稿日期:
2019-03-26
修回日期:
2019-09-05
出版日期:
2020-02-25
发布日期:
2020-04-13
通讯作者:
张磊
E-mail:zhanglei@radi.ac.cn
作者简介:
孙玉燕(1994— ),女,山东潍坊人,硕士生,主要从事季节性积雪监测研究。E-mail: Sunyy@radi.ac.cn
基金资助:
SUN Yuyan1,2, ZHANG Lei1,*(), LU Shanlong1, LIU Hongchao1,2
Received:
2019-03-26
Revised:
2019-09-05
Online:
2020-02-25
Published:
2020-04-13
Contact:
ZHANG Lei
E-mail:zhanglei@radi.ac.cn
Supported by:
摘要:
准确掌握积雪覆盖信息对于气象、水文和全球气候变化研究都具有重要的意义。遥感技术在进行大范围、高频率的积雪覆盖监测中发挥着重要的作用。目前,SNOMAP算法是用于积雪遥感监测最普遍的技术手段,其核心是利用固定阈值的归一化差分积雪指数(Normalized Difference Snow Index,NDSI)进行积雪识别,但这种方法忽略了积雪光谱信息的时相变化,会产生积雪监测的误差。本文提出了一种动态NDSI阈值方法,以纯永久积雪像元的平均NDSI值作为参照系调整固定的NDSI阈值,从而削减影像光谱值波动对积雪识别的影响。以三江源地区作为研究区域,将基于每日MODIS数据进行积雪监测最佳的NDSI阈值与同日纯永久积雪像元的平均NDSI值作线性回归,通过每日纯永久积雪像元平均NDSI值的变化来调整用于积雪识别的NDSI阈值。结果表明:① 基于每日MODIS数据进行积雪覆盖监测最佳的NDSI阈值与同日纯永久积雪像元的平均NDSI值之间存在较好的线性关系,决定系数R 2达到0.86;② 三江源地区动态NDSI阈值的范围为0.29~0.37,其平均值在0.33左右,说明MODIS全球积雪面积产品中将NDSI阈值取为0.40会低估三江源地区的积雪面积;③ 与采用固定NDSI阈值0.33的监测方法相比,动态NDSI阈值法近似率、总体分类精度和F值的平均值分别提高了5.17%、0.70%、1.14%。
孙玉燕, 张磊, 卢善龙, 刘红超. 基于动态NDSI阈值的每日积雪监测方法[J]. 地球信息科学学报, 2020, 22(2): 298-307.DOI:10.12082/dqxxkx.2020.190139
SUN Yuyan, ZHANG Lei, LU Shanlong, LIU Hongchao. Method for Monitoring Daily Snow Cover based on Dynamic NDSI Thresholds[J]. Journal of Geo-information Science, 2020, 22(2): 298-307.DOI:10.12082/dqxxkx.2020.190139
表1
选用的Landsat8-OLI影像数据"
编号 | 成像日期 | 行列号 | 编号 | 成像日期 | 行列号 |
---|---|---|---|---|---|
01 | 2013-11-04 | 139036 | 02 | 2013-11-06 | 137035 |
03 | 2013-11-15 | 136035 | 04 | 2013-11-22 | 137036 |
05 | 2013-11-29 | 138036 | 06 | 2013-12-01 | 136037 |
07 | 2013-12-03 | 134036 | 08 | 2013-12-08 | 137035 |
09 | 2013-12-28 | 133036 | 10 | 2014-10-31 | 138036 |
11 | 2014-11-09 | 137035 | 12 | 2014-11-13 | 133036 |
13 | 2014-11-16 | 138035 | 14 | 2014-12-02 | 138035 |
15 | 2014-12-29 | 135037 | 16 | 2014-12-31 | 133036 |
17 | 2015-01-09 | 132036 | 18 | 2015-02-06 | 136037 |
19 | 2015-01-21 | 136037 | 20 | 2015-03-21 | 133036 |
21 | 2015-04-22 | 133035 | 22 | 2015-11-16 | 133036 |
23 | 2015-11-28 | 137036 | 24 | 2016-01-08 | 136036 |
25 | 2016-01-17 | 135037 | 26 | 2016-02-04 | 133036 |
27 | 2016-10-17 | 133036 | 28 | 2016-10-22 | 136037 |
29 | 2016-10-31 | 135037 | 30 | 2016-12-04 | 133037 |
31 | 2017-01-01 | 137036 | 32 | 2017-01-05 | 133036 |
33 | 2017-02-04 | 135037 | 34 | 2017-04-30 | 138036 |
35 | 2017-10-27 | 134036 | 36 | 2017-11-01 | 137036 |
37 | 2017-11-05 | 133036 | 38 | 2017-11-08 | 138036 |
39 | 2017-11-12 | 134036 | 40 | 2017-11-19 | 135036 |
41 | 2017-12-30 | 134035 | 42 | 2018-01-01 | 132036 |
43 | 2018-03-29 | 133036 | 44 | 2018-11-07 | 133037 |
45 | 2018-11-21 | 135037 | 46 | 2018-11-23 | 133036 |
47 | 2018-12-25 | 133036 | 48 | 2018-11-30 | 134036 |
49 | 2018-12-16 | 134035 | 50 | 2019-01-01 | 134036 |
表2
动态NDSI阈值和固定NDSI阈值0.33监测精度的对比"
时间 | 精度指标 | 监测方法 | 动态比固定NDSI阈值 提高精度 | |
---|---|---|---|---|
动态NDSI阈值 | 固定NDSI阈值0.33 | |||
2013-11-04 | 近似率 | 97.58 | 82.45 | 15.13 |
总体分类精度 | 94.59 | 93.71 | 0.88 | |
F值 | 87.05 | 83.30 | 3.75 | |
2013-11-22 | 近似率 | 85.79 | 71.42 | 14.37 |
总体分类精度 | 90.95 | 88.33 | 2.62 | |
F值 | 79.23 | 74.18 | 5.05 | |
2013-12-03 | 近似率 | 96.66 | 93.94 | 2.72 |
总体分类精度 | 92.07 | 91.75 | 0.32 | |
F值 | 87.85 | 87.55 | 0.30 | |
2014-12-02 | 近似率 | 97.42 | 97.42 | 0.00 |
总体分类精度 | 95.85 | 95.85 | 0.00 | |
F值 | 92.57 | 92.57 | 0.00 | |
2015-11-16 | 近似率 | 98.01 | 94.64 | 3.37 |
总体分类精度 | 95.10 | 94.63 | 0.47 | |
F值 | 96.58 | 96.32 | 0.26 | |
2016-10-31 | 近似率 | 98.68 | 94.35 | 4.33 |
总体分类精度 | 98.83 | 98.15 | 0.68 | |
F值 | 99.31 | 98.90 | 0.41 | |
2017-10-27 | 近似率 | 94.59 | 92.55 | 2.04 |
总体分类精度 | 93.58 | 93.12 | 0.46 | |
F值 | 93.23 | 92.67 | 0.56 | |
2017-11-01 | 近似率 | 99.35 | 92.31 | 7.04 |
总体分类精度 | 92.30 | 91.85 | 0.45 | |
F值 | 89.33 | 89.00 | 0.33 | |
2017-11-12 | 近似率 | 98.56 | 97.98 | 0.58 |
总体分类精度 | 96.84 | 96.70 | 0.14 | |
F值 | 96.93 | 96.80 | 0.13 | |
2018-11-23 | 近似率 | 99.49 | 97.34 | 2.15 |
总体分类精度 | 96.13 | 95.15 | 0.98 | |
F值 | 97.84 | 97.25 | 0.59 |
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